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Apostila 2013| Ramn Eduardo Pereira Silva, M Sc. Universidade de Taubat
ESPECIALIZAO EM ENGENHARIA AERONUTICA TEORIA DE VO
Teoria de Vo Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva
i
No se espante com a altura do vo. Quanto mais alto, mais longe do perigo.
Quanto mais voc se eleva, mais tempo h de reconhecer uma pane. quando se est
prximo do solo que se deve desconfiar"
Alberto Santos=Dumont
O avio voa porque no tem tempo para cair
Orville Wright
possvel voar sem motores, mas no sem conhecimento e habilidade
Wilbur Wright
Teoria de Vo Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva
i
ndice
1. Breve Histria do Vo .......................................................................................... 2
1.1. A lenda de Ddalo e caro ..................................................................................................... 2
1.2. Leonardo da Vinci ................................................................................................................. 3
1.3. Bales ................................................................................................................................... 4
1.4. Aerodinmica, Controle e Propulso .................................................................................... 6
2. Introduo s Aeronaves ................................................................................... 17
2.1. Conceitos ............................................................................................................................ 17
2.2. Configuraes de Fuselagem .............................................................................................. 21
2.3. Configuraes de Trem de Pouso ........................................................................................ 25
2.4. Configuraes de Asa ......................................................................................................... 32
2.5. Configuraes de Cauda ..................................................................................................... 48
2.6. Configuraes de Motores .................................................................................................. 59
3. Motores Aeronuticos ....................................................................................... 67
3.1. Propulso ............................................................................................................................ 67
3.2. Ao e reao ..................................................................................................................... 67
3.3. Motores a Pisto ................................................................................................................. 67
3.4. Motores a Reao ............................................................................................................... 76
3.5. Motores Experimentais ....................................................................................................... 82
4. Aerodinmica .................................................................................................... 86
4.1. Introduo .......................................................................................................................... 86
4.2. Aeroflios ............................................................................................................................ 87
4.3. Princpio de Benoulli e Tubo de Venturi .............................................................................. 91
4.4. Foras Aerodinmicas ......................................................................................................... 95
4.5. Asa .................................................................................................................................... 105
4.6. Aumento de Sustentao .................................................................................................. 117
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ii
5. Comandos de Vo ............................................................................................ 131
5.1. Eixos de Rotao ............................................................................................................... 131
5.2. Aeronaves de Asa Fixa ...................................................................................................... 132
6. Estabilidade, Peso e Balanceamento ................................................................ 145
6.1. Estabilidade ...................................................................................................................... 145
6.2. Estabilidade Longitudinal ................................................................................................. 147
6.3. Estabilidade Lateral .......................................................................................................... 152
6.4. Estabilidade Direcional ..................................................................................................... 158
6.5. Acoplamento direcional e lateral ...................................................................................... 161
6.6. Peso e Balanceamento...................................................................................................... 164
6.7. Efeitos de Peso e Centro de Gravidade ............................................................................. 164
6.8. Tipos de Peso .................................................................................................................... 167
6.9. Clculo do Peso ................................................................................................................. 170
6.10. Clculo do Centro de Gravidade ................................................................................... 173
6.11. Envelope do Centro de Gravidade ................................................................................ 175
7. Asas Rotativas ................................................................................................. 179
7.1. Vo em Potncia ............................................................................................................... 182
7.2. Vo Vertical ...................................................................................................................... 186
7.3. Vo a Frente ..................................................................................................................... 186
7.4. Vo Lateral ....................................................................................................................... 190
7.5. Vo a R ............................................................................................................................ 191
7.6. Efeito Cone ........................................................................................................................ 191
7.7. Efeito Solo ......................................................................................................................... 192
7.8. Dissimetria de sustentao ............................................................................................... 193
7.9. Auto-rotao..................................................................................................................... 199
7.10. Comandos de Vo ........................................................................................................ 202
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iii
ndice de Ilustraes
Figura 1.1 A queda de caro. ................................................................................................................ 3
Figura 1.2 Ornitptero (a) e Helicptero (b) de Da Vinci ...................................................................... 4
Figura 1.3 Barco voador de Francesco de Lana .................................................................................... 4
Figura 1.4 Passarola de Bartolomeu de Gusmo ................................................................................. 5
Figura 1.5 Balo de Montgolfier .......................................................................................................... 5
Figura 1.6 Balo de hidrognio de Charles .......................................................................................... 6
Figura 1.7 Mechanics Magazine com o planador de Cayley ................................................................. 7
Figura 1.8 Avio de Henson ................................................................................................................. 8
Figura 1.9 Dirigvel de Guiffard ............................................................................................................ 9
Figura 1.10 Planador de Lilienthal ..................................................................................................... 10
Figura 1.11 Aerdromo de Langley .................................................................................................... 11
Figura 1.12 Avion III de Clement Ader ............................................................................................... 11
Figura 1.13 Santos=Dumont nmero 6 .............................................................................................. 12
Figura 1.14 Flyer dos Irmos Wright .................................................................................................. 14
Figura 1.15 14-Bis de Santos=Dumont ............................................................................................... 15
Figura 2.1 Principais dimenses do avio (EMBRAER KC 390)............................................................ 17
Figura 2.2 Partes principais do avio (EMBRAER CBA-123) ................................................................ 18
Figura 2.3 Partes principais do helicptero (Bell UH-1H) ................................................................... 18
Figura 2.4 Eixos de rotao do avio (Embraer AEW&C) ................................................................... 20
Figura 2.5 Fuselagem (Airbus A300 608ST Beluga) ......................................................................... 21
Figura 2.6 Fuselagem (Chinook HC3) ................................................................................................ 22
Figura 2.7 Estrutura tubular .............................................................................................................. 23
Figura 2.8 Avio com estrutura monocoque (Sukhoi Su-29) .............................................................. 24
Figura 2.9 Avio com estrutura semi-monocoque (North American Mustang P-51) .......................... 24
Figura 2.10 Trem de pouso: (a) Antonov 225 (b) Airbus A380............................................................ 25
Figura 2.11 Avio com trem de pouso convencional (De Havilland DHC-3T) ...................................... 26
Figura 2.12 Avio com trem de pouso triciclo (EMB 314 - ALX) .......................................................... 26
Figura 2.13 Avio com trem de pouso biciclo (McDonnell Douglas Harrier AV8) ............................ 27
Figura 2.14 Avio com flutuadores (Cessna C182 Seaplane) .............................................................. 27
Figura 2.15 Avio anfbio (Beriev - Albatross A42 Mermaid) ............................................................ 28
Figura 2.16 Avio com esquis (Bellanca Citagria 7GCBC) ................................................................... 28
Figura 2.17 Helicptero com trem de pouso triciclo (Agusta Westland AW139) ................................ 29
Figura 2.18 Helicptero com trem de pouso de esqui (Helibras AS350 B2 Esquilo) ............................ 29
Figura 2.19 Avio com trem de pouso fixo (Embraer Ipanema) ......................................................... 30
Figura 2.20 Avio com trem de pouso retrtil (Embraer Phenom 300) ............................................. 31
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Figura 2.21 Avio com trem de pouso escamotevel (Embraer EMB 120- Braslia) ............................ 31
Figura 2.22 Avio asa baixa cantilever (Embraer Phenom 300) ......................................................... 33
Figura 2.23 Avio asa mdia cantilever (Lockheed P-2H Neptune) .................................................... 34
Figura 2.24 Avio asa alta cantilever (Antonov 225 - Mryia) ............................................................. 34
Figura 2.25 Avio asa alta semi-cantilever (Cessna 182 Skylane) ....................................................... 35
Figura 2.26 Avio asa pra-sol (Consolidated PBY Catalina) .............................................................. 35
Figura 2.27 Avio asa gaivota (North American B-25 Mitchell Barbie III) ........................................... 36
Figura 2.28 Avio asa gaivota invertida (Vought F4U Corsair) .......................................................... 36
Figura 2.29 Avio asa biplana (Christen Eagle) .................................................................................. 37
Figura 2.30 Avio asa triplana Fokker Dr.I (a) Sopwith Camel (b) ...................................................... 38
Figura 2.31 Avio asa elptica (Supermarine Spitfire) ........................................................................ 39
Figura 2.32 Avio asa retangular (Fairchild AU23A Peacemaker) ...................................................... 39
Figura 2.33 Avio asa trapezoidal (Embraer EMB 312 Tucano) ....................................................... 40
Figura 2.34 Avio com enflechamento positivo (Mikoyan-Gurevich MiG-15) .................................... 40
Figura 2.35 Avio com enflechamento negativo (Grumman X-29) ..................................................... 41
Figura 2.36 Avio com enflechamento varivel (Grumman F-14 Tomcat) .......................................... 41
Figura 2.37 Avio com asa em delta (Avro Vulcan) ............................................................................ 42
Figura 2.38 Avio com asa em diedro positivo (North American P51 Mustang) ................................. 42
Figura 2.39 Avio com asa em diedro negativo (McDonnell Douglas Harrier AV8) ......................... 43
Figura 2.40 Helicptero com rotor convencional (Robinson R66) ...................................................... 44
Figura 2.41 Helicptero com rotores laterais (Kaman HH43-Huskie) ................................................. 44
Figura 2.42 Helicptero com rotor contra-rotativo (Kamov KA50) .................................................... 45
Figura 2.43 Helicptero com jatos na ponta do rotor (McDonnell XH-20) ...................................... 46
Figura 2.44 Helicptero com rotores em tandem (Boeing CH-46 Sea Knight) .................................... 47
Figura 2.45 Tiltrotor (Osprey V22) ..................................................................................................... 47
Figura 2.46 Configurao com Canard de controle (VariEze) ............................................................. 48
Figura 2.47 Configurao Trs Asas (Piaggio Avanti P180) ................................................................. 49
Figura 2.48 Configurao Tandem (Scaled Composites Proteus) ....................................................... 49
Figura 2.49 Configurao Asa Voadora (Northrop-Crumman B2 Spirit) ............................................. 50
Figura 2.50 Cauda Convencional (AirBus A340) ................................................................................. 51
Figura 2.51 Cauda em T (Embraer Legacy 650) .................................................................................. 51
Figura 2.52 Cauda Cruciforme (Grumman P16 Tracker) ..................................................................... 52
Figura 2.53 Cauda em T (Arospatiale Fouga Magister) ..................................................................... 52
Figura 2.54 Cauda em Y (NASA Ikhana) ............................................................................................. 53
Figura 2.55 Cauda em Y Invertido (McDonell Douglas F-4 Phantom) ................................................. 53
Figura 2.56 Cauda em V invertido (NASA Predator) .......................................................................... 54
Figura 2.57 Cauda em H (Fairchild A10 Thunderbolt) ........................................................................ 55
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v
Figura 2.58 Cauda Dupla (Grumman F-14 TomCat) ............................................................................ 55
Figura 2.59 Cauda Tripla (Lockheed Constellation) ............................................................................ 56
Figura 2.60 Configurao Cauda Bifurcada (Lockheed P38- Lightning) ............................................... 56
Figura 2.61 Cauda em Anel (Miller JM-2) ........................................................................................... 57
Figura 2.62 Cauda Convencional (Bell 204) ........................................................................................ 57
Figura 2.63 Cauda Fenestron (Eurocopter HH-65 Dolphin) ................................................................ 58
Figura 2.64 Cauda NOTAR (MD250) ................................................................................................... 58
Figura 2.65 Motor a Pisto em V North American Mustang P-51(a) e radial Vough F4U Corsair. ....... 59
Figura 2.66 Turbojato (Aerospatiale BAC Concorde).......................................................................... 60
Figura 2.67 Turbofan (Embraer Lineage 1000) ................................................................................... 60
Figura 2.68 Turbohlice (Pilatus PC6) ................................................................................................ 61
Figura 2.69 Ramjet (Lockheed SR 71 - Blackbird) ............................................................................... 61
Figura 2.70 prop-fan (Antonov AN-70) .............................................................................................. 62
Figura 2.71 Monomotor a pisto (Cessna 162 Skycatcher) ................................................................ 63
Figura 2.72 Turbojato Bi-Motor (Northrop F-5 Tiger)......................................................................... 64
Figura 2.73 Turbojato tri-motor (McDonnell Douglas MD-11) ........................................................... 64
Figura 2.74 Turbofan quadrimotor (Boeing 747) ............................................................................... 65
Figura 2.75 Aeronave com oito motores turbojato. (Boeing B-52 Stratofortress) .............................. 65
Figura 3.1 Fases do motor quatro tempos. ........................................................................................ 68
Figura 3.2 Motor dois tempos ........................................................................................................... 70
Figura 3.3 Motor Ranger L-440 (a) seis cilindros invertidos, refrigerado ar usado no Fairchild PT-19
(b) ............................................................................................................................................... 71
Figura 3.4 Motor Rolls-Royce Merlin V-12 (a) de Havilland D.H.98 Mosquito (b) .............................. 72
Figura 3.5 Motor de cilindros opostos horizontalmente Lycoming O-540-J3A5D ............................... 73
Figura 3.6 Motor radial Pratt & Whitney R-2800 (a) utilizada pela aeronave Republic P-47D
Thunderbolt (b) .......................................................................................................................... 74
Figura 3.7 Motor rotativo Gnome (a) Nieuport 28C.1. (b) ................................................................. 75
Figura 3.8 Analogia entre motor alternativo e turbina a gs ............................................................. 76
Figura 3.9 Turbojato esquemtico ..................................................................................................... 77
Figura 3.10 Motor turbojato Rolls-Royce Olympus (a) que equipa o BAC Concorde (b) ..................... 77
Figura 3.11 Turbo-hlice esquemtico............................................................................................... 78
Figura 3.12 Turboprop Pratt&Wittney PT6A (a) que equipa o Embraer EMB 314 Super Tucano (b)... 78
Figura 3.13 Turbofan esquemtico .................................................................................................... 80
Figura 3.14 Turbofan Rolls-Royce Trent 900 (a) que equipa o Airbus A380 (b) .................................. 80
Figura 3.15 - Esquemtico Ramjet ........................................................................................................ 81
Figura 3.16 - Pratt & Whitney J58 (a) que equipa o Lockheed SR 71 Blackbird (b) ................................ 81
Figura 3.17 Turboeixo esquemtico ................................................................................................. 82
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Figura 3.18 Propfan esquemtico ...................................................................................................... 83
Figura 3.19 Propfan GE36 (a) que equipa o McDonnell-Douglas MD81 (b) ........................................ 83
Figura 3.20 Analogia entre o motor Wankel e o motor alternativo quatro tempos. .......................... 84
Figura 3.21 Motor Wankel Mazda 12A (a) e montado em uma aeronave Lancair (b) ....................... 85
Figura 4.1 Resistncia ao avano ....................................................................................................... 86
Figura 4.2 Seo transversal da asa. .................................................................................................. 87
Figura 4.3 Elementos do aeroflio ..................................................................................................... 87
Figura 4.4 Elementos que definem o aeroflio .................................................................................. 88
Figura 4.5 Exemplos de aeroflios ..................................................................................................... 90
Figura 4.6 Perfil aerodinmico simtrico ........................................................................................... 90
Figura 4.7 Tubo de Venturi ................................................................................................................ 92
Figura 4.8 Fluxo de ar no perfil aerodinmico. .................................................................................. 93
Figura 4.9 Tubo de Venturi Imaginrio .............................................................................................. 93
Figura 4.10 Campo de presso esttica no aeroflio ......................................................................... 94
Figura 4.11- Presso diferencial (Bernoulli) e ao e reao (Newton) ................................................. 95
Figura 4.12 Resultante aerodinmica. ............................................................................................... 95
Figura 4.13 Componentes da resultante aerodinmica. .................................................................... 96
Figura 4.14 Camada limite ................................................................................................................. 99
Figura 4.15 Influncia do ngulo de ataque ..................................................................................... 100
Figura 4.16 Stall............................................................................................................................... 101
Figura 4.17 Perfil de velocidade na camada limite .......................................................................... 102
Figura 4.18 Descolamento camada limite ........................................................................................ 102
Figura 4.19 ngulo de sustentao nula .......................................................................................... 103
Figura 4.20 Comportamento da coeficiente de sustentao em relao ao ngulo de ataque ........ 103
Figura 4.21 influncia do arqueamento ........................................................................................... 104
Figura 4.22 Influncia da espessura do perfil na resultante aerodinmica ...................................... 104
Figura 4.23 Nomenclatura da asa .................................................................................................... 106
Figura 4.24 Distribuio hipottica de sustentao ......................................................................... 106
Figura 4.25 Distribuio real de sustentao ................................................................................... 107
Figura 4.26 Coeficientes de sustentao bi e tridimensionais .......................................................... 107
Figura 4.27 Formao dos vrtices de ponta de asa ........................................................................ 108
Figura 4.28 Influncia dos vrtices de ponta de asa ........................................................................ 109
Figura 4.29 Razo de aspecto (alongamento) .................................................................................. 110
Figura 4.30 Influncia do alongamento na distribuio de sustentao .......................................... 111
Figura 4.31 Diminuio de espessura ao longo da asa ..................................................................... 111
Figura 4.32 Afilamento de asa (Yaklovev YAK 52 G) ........................................................................ 112
Figura 4.33 Aeronave SAAB 91B com endplates. ............................................................................. 112
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vii
Figura 4.34 Tanques nas pontas da asa da aeronave Embraer EMB-111 Bandeirulha ...................... 113
Figura 4.35 Winglets nas ponta de asa do Airbus A320 ................................................................... 113
Figura 4.36 Distribuio de sustentao .......................................................................................... 114
Figura 4.37 Ocorrncia de stall ........................................................................................................ 115
Figura 4.38 Toro geomtrica ........................................................................................................ 115
Figura 4.39 Toro aerodinmica .................................................................................................... 116
Figura 4.40 Ocorrncia de stall profundo ........................................................................................ 117
Figura 4.41 Princpio de funcionamento do slot .............................................................................. 119
Figura 4.42 Efeito dos slots no coeficiente de sustentao .............................................................. 119
Figura 4.43 Deslocamento do ngulo de stall devido ao acionamento dos slats .............................. 120
Figura 4.44 Distribuio de presso com os slats acionados. ........................................................... 121
Figura 4.45 Slat ............................................................................................................................... 121
Figura 4.46 Flap inclinado................................................................................................................ 122
Figura 4.47 Flap Krueger.................................................................................................................. 123
Figura 4.48 Efeito da extenso dos flaps no coeficiente de sustentao. ......................................... 124
Figura 4.49 Flap plano ..................................................................................................................... 125
Figura 4.50 Flap tipo ventral ............................................................................................................ 125
Figura 4.51 Flap tipo slotted ............................................................................................................ 126
Figura 4.52 Flap tipo double-slotted ................................................................................................ 126
Figura 4.53 Flap tipo triple-slotted .................................................................................................. 127
Figura 4.54 Flap tipo Fowler ............................................................................................................ 127
Figura 4.55 Comparao entre os tipos de flaps .............................................................................. 128
Figura 5.1 Eixos de rotao da aeronave ......................................................................................... 131
Figura 5.2 Superfcies de controle primrias ................................................................................... 132
Figura 5.3 Manche (Embraer Ipanema)/volante (Boeing 787 Dreamliner)/side-stick (Airbus A320) 133
Figura 5.4 Acionamento dos ailerons .............................................................................................. 133
Figura 5.5 Guinada adversa ............................................................................................................. 134
Figura 5.6 Ailerons diferenciais ....................................................................................................... 135
Figura 5.7 Ailerons tipo frise ........................................................................................................... 136
Figura 5.8 Interconexo aileron/leme ............................................................................................. 136
Figura 5.9 Flaperons (Kitfox Lite Ultralight) ..................................................................................... 137
Figura 5.10 Movimento do profundor ............................................................................................. 138
Figura 5.11 Stabilator (Northrop F-5 Tiger II) ................................................................................... 139
Figura 5.12 Taileron (Panavia Tornado) ........................................................................................... 139
Figura 5.13 - Elevons (Avro Vulcan) ................................................................................................... 140
Figura 5.14 - Atuao do leme direcional .......................................................................................... 141
Figura 5.15 - Cauda em V (Beechcraft Bonanza) ................................................................................ 141
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viii
Figura 5.16 - Horn e trim tabs (Beechcraft Super 18) .................................................................... 143
Figura 5.17 - Acionamento do trim tab em vo ................................................................................. 143
Figura 5.18 - Roda de ajuste .............................................................................................................. 144
Figura 6.1 Exemplos de estabilidade esttica .................................................................................. 145
Figura 6.2 Exemplos de estabilidade dinmica ................................................................................ 146
Figura 6.3 Foras atuantes em um avio ......................................................................................... 147
Figura 6.4 Compensao de momento pelo estabilizador ............................................................... 148
Figura 6.5 Foras atuantes na estabilidade longitudinal .................................................................. 150
Figura 6.6 Influncia da velocidade na carga do estabilizador ......................................................... 151
Figura 6.7 Influncia da trao na carga do estabilizador ................................................................ 152
Figura 6.8 Asa com diedro positivo ................................................................................................. 153
Figura 6.9 Vento relativo na glissagem ............................................................................................ 154
Figura 6.10 Momento estabilizador do diedro positivo ................................................................... 154
Figura 6.11 Momento desestabilizador do diedro negativo ............................................................ 155
Figura 6.12 Efeito do enflechamento da asa na estabilidade lateral ................................................ 156
Figura 6.13 Efeito da fuselagem e do estabilizador horizontal na estabilidade lateral ..................... 157
Figura 6.14 Efeito da posio da asa na estabilidade lateral ............................................................ 158
Figura 6.15 ngulo de derrapagem .................................................................................................. 159
Figura 6.16 Efeito do enflechamento na estabilidade direcional ..................................................... 160
Figura 6.17 Efeito da fuselagem na estabilidade direcional ............................................................. 161
Figura 6.18 Dutch Roll ..................................................................................................................... 162
Figura 6.19 Divergncia espiral ....................................................................................................... 163
Figura 6.20 Centro de gravidade adiantado ..................................................................................... 166
Figura 6.21 Centro de gravidade recuado ........................................................................................ 167
Figura 6.22 Esforos na aeronave devido ao carregamento de combustvel .................................... 168
Figura 6.23 Avio Phenom 100 ........................................................................................................ 172
Figura 6.24 Pesagem de Helicptero ............................................................................................... 172
Figura 6.25 Balana no pneu ........................................................................................................... 173
Figura 6.26 Avio EMB 711 Corisco ................................................................................................. 174
Figura 6.27 Envelope do CG ............................................................................................................. 176
Figura 7.1 Parmetros geomtricos da p ....................................................................................... 180
Figura 7.2 Estaes da p ................................................................................................................ 180
Figura 7.3 Toro da p ................................................................................................................... 181
Figura 7.4 P trapezoidal ................................................................................................................. 182
Figura 7.5 Vo pairado .................................................................................................................... 183
Figura 7.6 Tendncia de translao ................................................................................................. 184
Figura 7.7 Efeito pendular ............................................................................................................... 185
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ix
Figura 7.8 Vo vertical - subida ....................................................................................................... 186
Figura 7.9 Vo frente .................................................................................................................... 187
Figura 7.10 Sustentao translacional ............................................................................................. 188
Figura 7.11 Fluxo induzido .............................................................................................................. 190
Figura 7.12 Vo lateral .................................................................................................................... 190
Figura 7.13 Vo a r ........................................................................................................................ 191
Figura 7.14 Efeito cone .................................................................................................................... 192
Figura 7.15 Efeito solo ..................................................................................................................... 193
Figura 7.16 Dissimetria de sustentao ........................................................................................... 194
Figura 7.17 Rotor rgido (MBB Bo-105) ............................................................................................ 195
Figura 7.18 Rotor semi-rgido (Bell UH-1) ........................................................................................ 196
Figura 7.19 Rotor articulado ............................................................................................................ 196
Figura 7.20 Batimento em um rotor semi-rgido ............................................................................. 197
Figura 7.21 Batimento em um rotor articulado ............................................................................... 198
Figura 7.22 Avano-recuo da p ...................................................................................................... 199
Figura 7.23 Disco em auto-rotao .................................................................................................. 200
Figura 7.24 Comportamento aerodinmico na envergadura da p .................................................. 201
Figura 7.25 - Comandos de vo do helicptero ................................................................................. 204
Figura 7.26 - Swashplate ................................................................................................................... 205
Figura 7.27 - Defasagem no acionamento do comando cclico .......................................................... 206
Figura 7.28 - Comandos no cockpit.................................................................................................... 207
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Captulo 01 - Histria do Vo
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1. Breve Histria do Vo
1.1. A lenda de Ddalo e caro
A mais famosa lenda sobre a histria do vo vem da Grcia antiga. Ddalo era um
construtor muito habilidoso que foi acolhido por Minos o rei da ilha grega de Creta,
aps assassinar Talo em Atenas.
Ddalo foi incumbido pelo rei a construir um labirinto onde se trancaria o
Minotauro, uma criatura metade homem e metade touro, fruto da traio da rainha
Pasifae com um touro.
Ao Minotauro eram levados quatorze jovens atenienses, metade homens e metade
mulheres para sacrifcio. Teseu, filho do rei de Atenas ofereceu-se como vtima com o
intuito de assassinar o monstro e o conseguiu com a ajuda de Ddalo e Ariadne, a filha
de Minos apaixonada por Teseu.
Furioso com a traio, Minos mandou trancar Ddalo e seu filho caro no labirinto.
Com a necessidade de fugir da ilha, Ddalo criou dois pares de asas utilizando-se de
cera e penas de aves e deu uma a seu filho.
Ao saltar sobre o mar, Ddalo alertou caro a no voar to baixo que a umidade do
oceano deixasse as asas mais pesadas e nem to alto que o calor do sol pudesse
derreter a cera.
caro deslumbrado com o poder do vo, alou vo cada vez mais alto se
aproximando do sol e teve a cera de suas asas derretidas. caro caiu no mar Egeu e
Ddalo chegou ilha da Siclia. A Figura 1.1 mostra a queda de caro no mar Egeu.
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Figura 1.1 A queda de caro.
1.2. Leonardo da Vinci
Da Vinci (1442-1519), sem dvida, foi o mais criativo dos estudiosos do sculo XV.
Dez anos aps iniciar seus estudos sobre as asas dos pssaros, Leonardo projetou seus
primeiros ornitpteros: aparelhos de asas mveis movidos por energia humana. Um de
seus desenhos mais curiosos apresenta a idia de um helicptero, porm ao invs das
ps o aparelho possua uma forma aparafusada. Era como se a mquina devesse
entrar no ar. A Figura 1.2 mostra rabiscos dos dois aparelhos.
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(a)
(b)
Figura 1.2 Ornitptero (a) e Helicptero (b) de Da Vinci
1.3. Bales
No sculo XVII o jesuta italiano Francisco de Lana concluiu que o ar possua
densidade e baseado no princpio do empuxo de Arquimedes desenhou sua idia de
balo. Conforme demonstrado na Figura 1.3, o barco voador de Francesco consistia
de uma cesta de vime presa por quatro esferas ocas e uma vela de pano. As esferas
eram construdas de metal leve e teriam todo o ar interno removido.
Figura 1.3 Barco voador de Francesco de Lana
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Outro inventor que utilizou o princpio de Arquimedes foi o padre brasileiro
Bartolomeu de Gusmo, o Padre Voador. Ao observar que a fumaa subia
rapidamente, pelo fato do ar quente ser menos denso que o ar frio, Gusmo concluiu
que aprisionando o ar quente em um invlucro poderia fazer o aparelho subir. A
Passarola (1709) de Bartolomeu de Gusmo foi o primeiro balo a realmente voar. A
Figura 1.4 mostra o conceito da Passarola de Gusmo
Figura 1.4 Passarola de Bartolomeu de Gusmo
Tendo feito as mesmas observaes de Gusmo os irmos Joseph e Etienne
Montgolfier, proprietrios de uma fbrica de papel em Annonay, construram em 1783
um grande balo de ar quente, o qual subiu aos cus carregando uma pessoa alojada
em um cesto de vime. A Figura 1.5 mostra o balo dos irmos Montgolfier
Figura 1.5 Balo de Montgolfier
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O fsico francs Jacques Charles, tambm em 1783, foi o primeiro a utilizar um
balo de seda revestida de borracha e cheio de hidrognio. A Figura 1.6 mostra o balo
de Charles sobrevoando Paris. O balo a hidrognio atingiu 3000 ft.
Figura 1.6 Balo de hidrognio de Charles
1.4. Aerodinmica, Controle e Propulso
Em plena Revoluo Industrial, Sir George Cayley (1773-1857), dedicou a maior
parte de sua vida ao estudo dos princpios do vo, adotando um enfoque cientfico. Em
1804, Cayley inventou um molinete para poder estudar o esforo gerado em um plano
inclinado imerso num fluxo de ar. Neste mesmo ano escreveu e publicou o livro
Tratado dos Princpios Mecnicos de Navegao Area. Descobriu que a resistncia
doa ar sobre um corpo aumenta na proporo do quadrado da velocidade e publicou,
em 1810, suas experincias expondo que uma maquia provida com superfcies
adequadas que fosse impelida por um motor com potencia suficiente para vencer a
resistncia do ar, e que ao mesmo tempo fosse leve para uso prtico, poderia voar.
Essa foi a primeira descrio de uma aeronave de asa fixa e motor a hlice.
Cayley conseguiu realizar alguns vos controlados com modelos de planadores
providos de superfcies mveis na cauda dos aparelhos. Em 1853 projetou e construiu
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um planador em tamanho natural capaz de sustentar o peso de um homem (Figura
1.7).
Figura 1.7 Mechanics Magazine com o planador de Cayley
As idias e as teorias de Cayley serviram de base de estudo para muitos dos futuros
pioneiros da aviao. Durante as cinco dcadas seguintes, Cayley trabalhou no seu
prottipo tempo durante o qual ele deduziu muitas das leis bsicas de aerodinmica.
Em 1853 um amigo de Cayley fez um vo planado de curta durao em Brompton-by-
Sawdon, Inglaterra. Cayley considerado atualmente o fundador da cincia fsica de
aerodinmica.
Willian Samuel Henson continuou o trabalho de Cayley ao perceber que o principal
entrave ao vo mecnico era a falta de um mecanismo leve e potente. Henson
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assumiu a tarefa de criar um modelo nessas condies e patenteou, em 1842, o
projeto de um avio motorizado e movido hlice. Embora o modelo que construiu
fosse bastante semelhante aos avies modernos (Figura 1.8) o vo no foi bem
sucedido.
Figura 1.8 Avio de Henson
Henson associou-se ao seu amigo John Stringfellow para continuar os estudos e
construir e experimentar novos modelos, porm no conseguiram resultados
satisfatrios. Devido aos fracassos, Henson sentiu-se desanimado e Strigfellow
continuou sozinho. Em 1848 construiu um pequeno modelo, propelido por um
pequeno motor a vapor. Este modelo foi lanado com sucesso, mas ficou pouco tempo
em vo.
A falta de um motor com potncia suficiente ainda impossibilitava o
desenvolvimento da aviao e muitos estudiosos passaram a se dedicar pesquisa
sobre como controlar o movimento de bales com o uso de superfcies de controle e
de hlices movidas por motores.
Tais bales passaram a ser denominados dirigveis. O engenheiro francs Henri
Guiffard, em 1852, foi o primeiro homem a combinar com xito um motor a vapor
relativamente leve e de potncia suficiente em um balo em forma de charuto (Figura
1.9) ao invs de cilndrico. Equipado com o motor inventado pelo prprio Guiffard o
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dirigvel voou por 27 km ao redor de Paris. O controle proporcionado pelo leme
permitia o desvio do balo, porm a potncia do motor era insuficiente para fazer o
balo voltar ao ponto de partida.
Figura 1.9 Dirigvel de Guiffard
Embora o dirigvel de Guiffard tivesse iniciado o controle direcional, o controle e a
estabilidade ainda eram desconhecidos. Por volta de 1871, Alphonse Pnaud comeou
a desenvolver estudos sobre estabilidade e controle, chegando a criar modelos
propelidos a elstico.
Os irmos Otto e Gustav Lilienthal dedicaram grande parte de sua vida ao estudo
da aviao. Foram os estudiosos mais bem sucedidos do final do sculo XIX,
concentrado suas pesquisas em asas fixas construram vrios modelos de planadores,
alguns biplanos e outros monoplanos como mostra a Figura 1.10. Chegaram a realizar
mais de 2000 vos bem sucedidos com esses planadores, com distncia percorrida de
at 396 m.
Ao chegar ao que achavam que fosse o limite no estudo de planadores, decidiram
ento se dedicar ao estudo de motores.
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Um modelo gasolina foi desenvolvido na Frana por Lenoir poucos anos antes,
porm era pesado e inseguro. Os motores a vapor ainda levavam consigo o peso das
caldeiras e ento decidiram procurar modos alternativos de energia.
Adaptaram um novo motor s pontas giratrias das asas de seu aparelho tentando
realizar um vo do tipo ornitptero. Otto decidiu testar a aeronave como planador
antes do ensaio motorizado, perdeu o controle e feriu-se fatalmente ao cair de uma
altura de 16m.
Figura 1.10 Planador de Lilienthal
Ainda por volta desta poca alguns estudiosos tentaram construir mquinas
voadoras utilizando motores a vapor. Em 1893 o ingls Hiram Maxim construiu um
imenso biplano com um incrvel motor a vapor de 360 CV e 750 kg que no conseguiu
levantar vo e acabou destrudo na primeira tentativa.
Em 1896, o americano Samuel Langley, construiu em experimentou com sucesso
um aeromodelo que voou uma distncia de 800 m em um minuto e meio. O
aeromodelo foi denominado de aerdromo. Tentou ento construir um modelo em
escala maior, que fosse capaz de levar uma pessoa de 85 kg, utilizando um motor de
50 hp. Duas tentativas frustradas aconteceram em sete de outubro e oito de dezembro
de 1903, quando o aerdromo foi lanado com um piloto por uma catapulta adaptada
a uma balsa sobre o rio Potomac. A Figura 1.11 ostra o aerdromo montado sobre a
balsa.
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Figura 1.11 Aerdromo de Langley
Vrios aeroplanos movidos por motores a vapor foram construdos por Clement
Ader. Embora ainda existam algumas dvidas sobre o fato, afirma-se que Ader
conseguiu voar 70 m tripulando o Avion III (Figura 1.12), avio movido por dois
motores a vapor de 20 cv acionando uma hlice de quatro lminas que foi destrudo ao
toca o solo na aterrissagem.
Figura 1.12 Avion III de Clement Ader
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Ainda no final do sculo XIX, o brasileiro Alberto Santos Dumont iniciou suas
experincias em dirigveis a hidrognio, dotados de motores gasolina de quatro
tempos. Introduziu algumas inovaes aperfeioando o controle longitudinal com
pesos deslizantes, conseguindo assim dominar totalmente a dirigibilidade.
Em 1901, Santos Dumont ganhou 100 mil francos ao vencer o desafio proposto
pelo empresrio Henri Deustch de La Muerthe ao partir do campo de Saint Cloud,
sobrevoar o rio Sena e o Campo de Bagatelle, contornando a Torre Eiffel e retornando
ao ponto de partida em polmicos trinta minutos. A Figura 1.13 mostra o dirigvel
nmero 6 contornando a Torre Eiffel em 19 de janeiro de 1901.
Figura 1.13 Santos=Dumont nmero 6
Nessa mesma poca os irmos Wilbur e Orville Wright, donos de uma pequena
fbrica de bicicletas, acompanhavam, dos Estados Unidos, as experincias dos irmos
Lilienthal.
Quando a notcia da morte de Otto chegou aos Estados Unidos, os Wright
decidiram dedicar mais tempo e dinheiro sua paixo pela aeronutica. Estudaram as
experincias de outros pesquisadores que haviam tentado resolver os mistrios do vo
e esperaram quatro anos para iniciar qualquer trabalho prtico.
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13
Sabiam que a dificuldade no estava em construir um planador que fosse capaz de
fazer um vo reto, mas sim em encontrar alguma maneira de control-lo em vo.
A tcnica de controle dos planadores de Lilienthal era o desvio do centro de
gravidade do aparelho pela movimentao do corpo do piloto.
A primeira tentativa de resolver o problema do controle foi a colocao de uma
superfcie mvel frente de um aparelho que fora inspirado nos planadores dos
Lilienthal. Fizeram vrios experimentos com esse planador em 1901, porm o controle
no se mostrou completamente eficaz.
Voltaram a estudar e realizaram experimentos com vrios modelos de asas em um
pequeno tnel aerodinmico, talvez o primeiro a ser construdo. Construram e
voaram um novo planador em 1902 obtendo total controlabilidade do aparelho.
Como o passo seguinte seria a colocao de um sistema propulsor, desenvolveram
um motor e hlices. Construram um aparelho baseado em seus bem sucedidos
planadores.
O aparelho pesava 340 kg, o que o tornava muito pesado para decolar por meios
prprios. Ento decidiram usar um sistema de catapulta. Em 17 de dezembro de 1903
realizaram quatro vos, tendo alcanado a distncia de 193 m em 59 segundos sob o
testemunho de cinco pessoas. A aeronave Flyer construda pelos irmos Wright
mostrada na Figura 1.14
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14
Figura 1.14 Flyer dos Irmos Wright
Os bem sucedidos experimentos com dirigveis estimularam Santos Dumont a
dedicar-se ao mais pesado que o ar. O primeiro aparelho construdo em 1903 no
obteve sucesso em levantar vo.
Em 1906 Dumont fez vrias alteraes em sua mquina, acrescentando um motor
mais potente ao estranho biplano de cauda na proa.
Em 13 de setembro de 1906, o avio 14-Bis levantou vo no campo de Bagatelle e
voou cerca de oito metros. Em 23 de outubro do mesmo ano o 14-Bis percorreu uma
distncia de 220 m em 12 s a uma altura de 6 m do solo. Esse vo foi testemunhado
por uma comisso tcnica do LAro-Club de France, sendo considerado o primeiro vo
oficial de uma aeronave mais pesada que o ar que decolava por recursos prprios. A
Figura 1.15 mostra o 14-Bis fazendo seu vo oficial sobre o Campo de Bagatelle em
1906.
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Figura 1.15 14-Bis de Santos=Dumont
Embora se tenha criado a polmica sobre a realizao do primeiro vo, os
primeiros vos oficiais dos irmos Wright s ocorreram em 1908. At ento suas
tentativas s haviam sido presenciadas por testemunhas ocasionais e com pouca
repercusso. O segundo argumento contra os Wright que o Flyer no decolou por
meios prprios.
Apesar da polmica criada, a partir de 28 de outubro de 1906 o avio deixava de
ser um sonho impossvel e passava a ser encarado como uma realidade factual.
Desde ento comearam a surgir interesses em toda a parte em torno das
possibilidades civis e militares das novas mquinas. Comearam a se formar grandes
empresas e institutos de pesquisa, inmeros trabalhos comearam a ser feitos e a
cincia aeronutica passou a se desenvolver de maneira muito rpida.
O advento das duas grandes guerras mundiais e o incio do transporte
internacional em larga escala proporcionou o desenvolvimento de aeronaves cada vez
maiores e mais velozes.
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Referncias
Homero Souza (1991) Fundamentos de Aeronutica, Embraer, 287p, So Jos dos
Campos, 1991.
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Captulo 02 - Introduo
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2. Introduo s Aeronaves
2.1. Conceitos
2.1.1. Dimenses
As principais dimenses da aeronave so: o comprimento, a altura e a
envergadura.
O comprimento a distncia entre a parte mais posterior e a parte mais anterior
da aeronave.
A altura a distncia entre o solo e a parte mais alta da aeronave.
A envergadura a distncia entre as pontas de asa. Para os helicpteros a
envergadura a distncia entre o centro do rotor e a ponta da p.
Figura 2.1 Principais dimenses do avio (EMBRAER KC 390)
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18
2.1.2. Partes
As principais partes das aeronaves so mostradas na Figura 2.2 e na Figura 2.3
Figura 2.2 Partes principais do avio (EMBRAER CBA-123)
Figura 2.3 Partes principais do helicptero (Bell UH-1H)
asa
fuselagem
Trem de pouso
Grupo
motopropulsor
Empenagens
fuselagem
rotor principal
rotor de
cauda
Trem de pouso
empenagens
cauda
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2.1.3. Movimentos
A aeronave tem liberdade de girar em trs eixos e realizar combinao de
movimento entre eles.
O eixo longitudinal um eixo imaginrio que se estende desde o nariz at a cauda
do avio. O movimento que realiza o avio ao redor deste eixo denominado
rolamento ou giro.
As superfcies de comando do rolamento so os ailerons. Ao girar o manche se
produz a deflexo diferencial dos ailerons: ao tempo que o aileron de uma das asas
sobe, o aileron da outra asa baixa, sendo o ngulo de deflexo proporcional ao grau de
rotao das hastes do manche.
O aileron que tenha sido flexionado para baixo, produz um aumento de
sustentao em sua asa correspondente, provocando a ascenso da mesma, enquanto
o aileron que flexionado para cima, produz em sua asa uma diminuio de
sustentao, motivando a descida da mesma.
O piloto, em caso de querer inclinar-se at a esquerda, girar o manche at a
esquerda, fazendo o aileron direito descer elevando assim a asa direita, e
simultaneamente, o aileron esquerdo se flexionaria para cima produzindo uma perda
da sustentao na asa esquerda e portanto sua descida.
O eixo lateral ou transversal um eixo imaginrio que se estende de ponta a ponta
das asas do avio. O movimento que realiza o avio ao redor deste eixo se denomina
inclinao ou arfagem.
O piloto, a partir da cabine de comando capaz de modificar a orientao em
relao a este eixo atravs do profundor.
Ao puxar para trs o manche (at o piloto) se produz uma elevao do nariz do
avio, e ao empurr-lo a frente se produz um abaixamento do nariz do avio.
O eixo vertical um eixo imaginrio que, passando pelo centro de gravidade do
avio, perpendicular aos eixos transversal e longitudinal. Este eixo perpendicular ao
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eixo de inclinao e ao de rolamento, est contido em um plano que passa pelo nariz e
a cauda do aparelho e que normalmente divide este em duas partes simtricas). O
movimento que realiza o avio ao redor deste eixo se denomina guinada.
A superfcie de comando da guinada o leme de cauda ou leme de direo. O
controle sobre o leme de direo realizado mediante os pedais. Para conseguir um
movimento de guinada para a direita, o piloto pressiona o pedal direito, gerando assim
uma deflexo da superfcie do leme de direo para a direita. Ao oferecer mais
resistncia ao avano por este lado, o aparelho tende a retardar o movimento de sua
parte direita e avanar a parte esquerda e por tratar-se de uma estrutura rgida o
resultado um giro direita sobre o eixo vertical mencionado
Figura 2.4 Eixos de rotao do avio (Embraer AEW&C)
O movimento em torno do eixo vertical nos helicpteros realizado pelo rotor de
cauda, enquanto que os outros so realizados pelo rotor principal.
longitudinal
transversal
vertical
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2.2. Configuraes de Fuselagem
A fuselagem a parte fundamental da estrutura da aeronave. onde esto
alojados os tripulantes passageiros e carga, alm de conter os sistemas da aeronave e
eventualmente o trem de pouso e o grupo motopropulsor. Na fuselagem dos avies
esto fixadas as asas e as empenagens, portanto a fuselagem suporta todos os
esforos de trao, compresso, flexo e toro geradas pelas cargas atuantes nessas
superfcies.
A fuselagem deve promover o maior espao possvel para transporte de carga
paga. Portanto a fuselagem deve apresentar grandes espaos internos em relao ao
seu tamanho e projetada para atender este requisito de espao e os requisitos de
misso da aeronave. Fuselagens projetadas para grandes cargas so mostradas na
Figura 2.5 e Figura 2.6
Figura 2.5 Fuselagem (Airbus A300 608ST Beluga)
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Figura 2.6 Fuselagem (Chinook HC3)
Alm da funo de carga, a fuselagem deve suportar a instalao de grande parte
dos sistemas da aeronave, instrumentos e em alguns casos os motores, trens de
pouso, armamentos, etc.
A estrutura da fuselagem deve ainda suportar aos esforos de trao gerados pela
pressurizao da aeronave.
A fuselagem de estrutura tubular montada como uma estrutura treliada de
tubos de liga, que so revestidos com chapas ou telas. A estrutura treliada deve
suportar todos os esforos produzidos durante o vo sendo que o revestimento no
contribui para a rigidez da aeronave. O revestimento chamado de revestimento
no-trabalhante.
Este tipo de estrutura mais barato e de construo mais fcil, porm possui baixa
relao resistncia/peso e utilizada principalmente em pequenas aeronaves
esportivas, utilitrios e ultra-leves.
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Figura 2.7 Estrutura tubular
A estrutura monocoque utilizada na maioria das aeronaves de pequeno porte e
classificada como sendo de revestimento trabalhante. Todas as tenses so resistidas
pelas chapas de revestimento. A forma da fuselagem dada pela presena das
cavernas.
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Figura 2.8 Avio com estrutura monocoque (Sukhoi Su-29)
Este tipo de construo mais complicada que a tubular, porm alm de possuir
uma boa relao resistncia/peso mais eficiente aerodinamicamente.
A estrutura semi-monocoque semelhante monocoque porm a presena de
longarinas aumenta sua resistncia.
Figura 2.9 Avio com estrutura semi-monocoque (North American Mustang P-51)
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2.3. Configuraes de Trem de Pouso
2.3.1. Introduo
O trem de pouso tem a funo de sustentar a aeronave em solo e possibilitar a
locomoo desta na pista.
(a)
(b)
Figura 2.10 Trem de pouso: (a) Antonov 225 (b) Airbus A380
2.3.2. Classificao
Os trens de pouso pra operao em solo podem ser classificados em trs tipos:
O trem de pouso convencional possui os trens principais localizados a frente do
centro de gravidade do avio e uma pequena roda (bequilha) na parte traseira da
fuselagem.
Os trens de pouso principais so aqueles que suportam a maior parte do peso da
aeronave e o maior esforo do impacto do avio no pouso. A bequilha tem a funo de
servir de apoio e promover o controle dimensional sobre o solo. A Figura 2.11 mostra
uma aeronave com trem de pouso convencional.
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Figura 2.11 Avio com trem de pouso convencional (De Havilland DHC-3T)
O trem de pouso triciclo possui as pernas dos trens principais atrs do CG do avio
e uma perna auxiliar localizado no nariz da aeronave. O trem auxiliar tem as mesmas
funes da bequilha. A Figura 2.12 mostra uma aeronave com trem de pouso tipo
triciclo.
Figura 2.12 Avio com trem de pouso triciclo (EMB 314 - ALX)
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O trem de pouso biciclo possui uma perna do trem principal atrs e outra a frente
do CG. Esta configurao exige a presena de pequenas pernas nas asas para permitir a
estabilidade lateral da aeronave em solo.
Figura 2.13 Avio com trem de pouso biciclo (McDonnell Douglas Harrier AV8)
Para pouso na gua podem ser utilizados flutuadores ao invs de rodas como
demonstrado na Figura 2.14
Figura 2.14 Avio com flutuadores (Cessna C182 Seaplane)
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Aeronaves anfbias podem pousar e decolar tanto na gua quanto em solo. A
Figura 2.15 mostra um avio anfbio.
Figura 2.15 Avio anfbio (Beriev - Albatross A42 Mermaid)
Para pouso e decolagem na neve os trens so adaptados com esquis, como
demonstrado na Figura 2.16.
Figura 2.16 Avio com esquis (Bellanca Citagria 7GCBC)
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Da mesma maneira que os avies, os helicpteros possuem trem de pouso que
pode ser do tipo triciclo ou esqui.
Figura 2.17 Helicptero com trem de pouso triciclo (Agusta Westland AW139)
Figura 2.18 Helicptero com trem de pouso de esqui (Helibras AS350 B2 Esquilo)
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Avies de pequeno porte apresentam trens de pouso fixo, isto , que permanecem
baixados tanto em solo quanto em vo. A estrutura mais simples a de molas.
2.3.3. Tipos
O trem de pouso do tipo fixo utilizado em avies de pequeno porte. Nesta
configurao o trem permanece abaixado tanto em solo como em vo. O
amortecimento do impacto da aeronave no solo pode ser tanto por bolas de ao
quanto por amortecedores de borracha. Embora o amortecimento deste impacto seja
bastante eficiente, a aeronave apresenta tendncia a saltar se o pouso no for
realizado com suavidade.
Figura 2.19 Avio com trem de pouso fixo (Embraer Ipanema)
Os trens do tipo mvel so recolhidos estrutura da aeronave quando esta est
em vo. O recolhimento da estrutura do trem de pouso evita o arrasto provocado pelo
fluxo de ar incidente. A desvantagem deste tipo de configurao o aumento de peso
provocado pela presena do mecanismo de recolhimento.
O trem de pouso retrtil recolhe as pernas na estrutura do avio, porem permite
que as rodas, ou parte delas estejam visveis.
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Figura 2.20 Avio com trem de pouso retrtil (Embraer Phenom 300)
O trem de pouso escamotevel recolhe toda a estrutura, no deixando as pernas
ou as rodas vista. A estrutura fica totalmente isolada do vento relativo, portanto a
configurao que possui menor arrasto.
Figura 2.21 Avio com trem de pouso escamotevel (Embraer EMB 120- Braslia)
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2.4. Configuraes de Asa
2.4.1. Introduo
As asas so responsveis pela sustentao da aeronave. A asa possui uma estrutura
cuja seo transversal um perfil aerodinmico capaz de gerar a fora de sustentao
necessria para vencer o peso da aeronave. Da mesma forma que a fuselagem, a asa
pode ter um revestimento trabalhante ou um revestimento de tecido envernizado
recobrindo uma estrutura interna de madeira ou alumnio.
Na sua estrutura a asa constituda pelas nervuras, que so os perfis responsveis
pela forma aerodinmica da seo da asa, e pelas longarinas, que so responsveis por
manter as nervuras nas suas respectivas posies ao longo da envergadura e so
responsveis pela resistncia flexo da asa.
Enquanto nos avies a asa considerada fixa, nos helicpteros as ps so
consideradas asas rotativas.
Alm da funo original de produzir sustentao, nos avies as asas geralmente
alojam em seu interior os tanques de combustvel, instalaes eltricas, motores e
trem de pouso. As cargas externas das asas so os armamentos e os tanques externos.
2.4.2. Classificao quanto posio e nmero de asas fixas
As asas fixas podem ser classificadas conforme a sua posio em relao
fuselagem da aeronave como asa baixa, asa mdia e asa alta. Conforme o
engastamento que apresentam na fuselagem so classificadas como cantilever e semi-
cantilever.
A asa totalmente engastada na fuselagem a asa tipo cantilever, sem a
necessidade de estruturas externas. Este tipo de engastamento apresenta menor
arrasto, porm necessita de uma estrutura mais rgida, pois precisa absorver
integralmente as foras de flexo da asa.
Se a asa est apoiada na fuselagem com o auxlio de estruturas externas
(montantes), a configurao chamada de semi-cantilever. A vantagem deste tipo de
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configurao que os esforos de flexo no so transmitidos fuselagem
proporcionando uma estrutura mais leve. Porm a presena dos montantes gera mais
arrasto na aeronave.
Na configurao de asa baixa, a asa passa por baixo da fuselagem. a configurao
mais usual e tem a vantagem de resultar em uma estrutura mais leve.
Figura 2.22 Avio asa baixa cantilever (Embraer Phenom 300)
Na configurao de asa mdia, a estrutura da asa atravessa a fuselagem do avio.
No uma aplicao aplicvel aos modelos para transporte de passageiros porque as
longarinas atravessam o interior da cabine inviabilizando a movimentao de pessoas.
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Figura 2.23 Avio asa mdia cantilever (Lockheed P-2H Neptune)
A configurao de asa alta mais utilizada por aeronaves de transporte de carga. A
asa passando por cima da fuselagem facilita o transporte de carga para o seu interior.
Esse tipo de configurao apresenta maior peso da estrutura da fuselagem.
Figura 2.24 Avio asa alta cantilever (Antonov 225 - Mryia)
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Figura 2.25 Avio asa alta semi-cantilever (Cessna 182 Skylane)
Na configurao pra-sol a asa fica posicionada acima da fuselagem. Um montante
une a asa fuselagem. Essa configurao bastante utilizada por hidroavies por
conseguir manter uma grande altura dos motores em relao ao nvel de gua.
Figura 2.26 Avio asa pra-sol (Consolidated PBY Catalina)
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Se a hlice da aeronave fica muito prxima ao solo, a utilizao da configurao
asa de gaivota uma soluo. Os motores so afastados do solo por uma mudana de
diedro na regio prxima raiz da asa.
Figura 2.27 Avio asa gaivota (North American B-25 Mitchell Barbie III)
A soluo asa de gaivota invertida foi criada para o projeto do Vought F4U Corsair
para permitir que as pernas do trem de pouso fossem reduzidas. O Corsair possua a
maior hlice que j equipou um avio monomotor.
Figura 2.28 Avio asa gaivota invertida (Vought F4U Corsair)
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A configurao biplana foi largamente utilizada at a dcada de 30. A estrutura
mais rgida leve, formada pelas asas pelos montantes e cabos (estais) tambm
conhecida por estrutura hubanada. A desvantagem desta configurao a
interferncia aerodinmica entre as asas.
A utilizao de duas asas permite a construo de aeronaves com envergadura
menor, onde a sustentao dividida entre as duas asas e a taxa de rotao em torno
do eixo longitudinal melhorada. Por essas razes, aeronaves acrobticas como o
Christen Eagle e o Pitts utilizam essa configurao.
Quando a asa superior posicionada mais a frente que a asa inferior diz-se que o
stagger positivo. Se a asa superior est mais recuada o stagger negativo.
Se o ngulo de incidncia da asa superior maior que o da asa inferior ento se diz
que a aeronave possui decalagem positiva. Se o ngulo de incidncia da asa superior
menor que o da asa inferior ento se diz que a decalagem negativa.
Figura 2.29 Avio asa biplana (Christen Eagle)
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Aeronaves com trs asas (triplanos) tambm foram utilizadas no incio do sculo
XX. Os modelos mais famosos a utilizar essa configurao foram o Fokker DR.I, avio
operado pelo Baro Vermelho (Manfred Von Richthofen), e o Sopwith Camel, avio
que o abateu.
(a)
(b)
Figura 2.30 Avio asa triplana Fokker Dr.I (a) Sopwith Camel (b)
2.4.3. Classificao quanto ao formato de asas fixas
Para minimizar o arrasto induzido, a distribuio de sustentao na asa deve ser
ajustada de maneira que seja elptica. A soluo de asa elptica foi utilizada com
grande sucesso no projeto do caa Spitfire, durante a 2 Guerra Mundial.
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Figura 2.31 Avio asa elptica (Supermarine Spitfire)
A construo de asas elpticas possui alta complexidade e custo elevado. A
construo de asa retangular mais simples e mais barata. Por esse motivo a mais
utilizada em aviao geral.
Figura 2.32 Avio asa retangular (Fairchild AU23A Peacemaker)
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Apesar das vantagens na construo da asa retangular, a distribuio de
sustentao se afasta bastante da elptica. Uma soluo intermediria conseguida
pela construo de uma asa no formato trapezoidal.
Figura 2.33 Avio asa trapezoidal (Embraer EMB 312 Tucano)
A utilizao de enflechamento nas asas reduzir os efeitos de compressibilidade
em altas velocidades subsnica.
Figura 2.34 Avio com enflechamento positivo (Mikoyan-Gurevich MiG-15)
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Figura 2.35 Avio com enflechamento negativo (Grumman X-29)
Figura 2.36 Avio com enflechamento varivel (Grumman F-14 Tomcat)
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Figura 2.37 Avio com asa em delta (Avro Vulcan)
O ngulo de diedro implementado para ajustar a estabilidade latero-direcional da
aeronave.
Figura 2.38 Avio com asa em diedro positivo (North American P51 Mustang)
Os efeitos da utilizao de enflechamento e diedro sero estudados na seo
detalhada sobre asas.
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Figura 2.39 Avio com asa em diedro negativo (McDonnell Douglas Harrier AV8)
2.4.4. Configuraes de rotores de aeronaves de asas Rotativas
Os helicpteros so classificados pelas suas configuraes em cinco tipos.
O rotor simples ou convencional tem a vantagem de ser relativamente simples.
Seus componentes principais so: rotor principal, sistema de controles, sistema de
acionamento, comandos e rotor de cauda. O acionamento do rotor de cauda consome
em torno de 8% a 10% da potncia do motor em vo pairado e de 3% a 4% no vo a
frente. A simplicidade da configurao e a economia em peso so as maiores
vantagens. A desvantagem o perigo de acidente com o rotor de cauda.
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Figura 2.40 Helicptero com rotor convencional (Robinson R66)
A vantagem do helicptero de rotores lado a lado que o efeito de deslocamento
lateral dos rotores gera reduo da potncia necessria para produzir sustentao e
deslocamento frente. Alm de ser mais complexa, esta configurao possui maior
peso e maior arrasto.
Figura 2.41 Helicptero com rotores laterais (Kaman HH43-Huskie)
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Nos aparelhos que utilizam rotores contra-rotativos e coaxiais o torque na
fuselagem anulado pelo giro contrrio entre os dois rotores. Os rotores no precisam
ter o mesmo dimetro e nem a mesma velocidade, porm devem produzir o mesmo
torque.
As desvantagens desta configurao so: cabeas dos rotores e controles mais
complexos e peso significantemente maior dos componentes.
Figura 2.42 Helicptero com rotor contra-rotativo (Kamov KA50)
O rotor a jato seria a soluo mais simples para o problema de gerao de torque
na fuselagem.
No possui unidade anti-torque e as ps so acionadas por jatos instalados em suas
pontas. A grande vantagem a simplicidade, porm possui alto consumo especfico de
combustvel em relao s configuraes tradicionais alm do fato de depender do
desenvolvimento de motores a jato especficos para essa utilizao.
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Figura 2.43 Helicptero com jatos na ponta do rotor (McDonnell XH-20)
A principal vantagem da configurao de rotores em tandem a possibilidade de se ter
uma grande rea disponvel para a fuselagem, aliada a uma grande possibilidade de variao
do posicionamento do centro de gravidade do aparelho. A carga pode ser distribuda no
aparelho entre os dois rotores.
As desvantagens so: complexidade do sistema e baixa eficincia de sustentao no vo a
frente.
Os rotores trabalham de maneira independente e esta configurao permite variaes
entre os dimetros dos rotores.
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Figura 2.44 Helicptero com rotores em tandem (Boeing CH-46 Sea Knight)
O Tiltrotor Osprey V22 uma configurao projetada para combinar as
funcionalidades de um helicptero e de um avio turbopropelido.
Figura 2.45 Tiltrotor (Osprey V22)
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2.5. Configuraes de Cauda
2.5.1. Introduo
A cauda constituda por duas superfcies aerodinmicas menores que as asas
conhecidas como empenagens. A empenagem vertical constituda pela deriva (parte
fixa) e pelo leme de direo (parte mvel). A empenagem horizontal formada pelo
estabilizador (parte fixa) e profundor (parte mvel).
As empenagens tm a funo de ajuste, estabilizao e controle. Nos avies os
movimentos de arfagem e guinada so comandados pelas empenagens.
Nos helicpteros a cauda comanda o movimento em torno do eixo vertical.
2.5.2. Configuraes entre Asa e Empenagem
A configurao convencional utilizada pela grande maioria das aeronaves em
operao. Neste tipo de configurao a asa posicionada frente das empenagens.
Uma configurao diferente, que mostra uma pequena superfcie frente da asa
principal que denominada canard. Essa superfcie pode ser utilizada tanto para
controle de arfagem quanto para gerao de sustentao.
Figura 2.46 Configurao com Canard de controle (VariEze)
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Na configurao de trs asas um carnard de sustentao adicionado para gerar
auxiliar a asa principal, porm mantendo-se a cauda tradicional.
Figura 2.47 Configurao Trs Asas (Piaggio Avanti P180)
Aumentando-se a envergadura do canard de maneira que a sustentao gerada
por essa superfcie seja praticamente igual gerada pela asa principal tem-se a
configurao em tandem.
Figura 2.48 Configurao Tandem (Scaled Composites Proteus)
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Uma soluo para reduzir tanto o peso quanto o arrasto a retirada total da
empenagem vertical. A eliminao da deriva resulta na configurao asa voadora.
Figura 2.49 Configurao Asa Voadora (Northrop-Crumman B2 Spirit)
2.5.3. Tipos de Cauda em Aeronaves de Asa Fixa
Cauda Convencional. utilizada na grande maioria dos projetos de aeronave.
Nesta configurao a empenagem horizontal localizada na base da deriva. Como a
deriva na suporta o peso do estabilizador, a estrutura desta configurao mais leve.
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Figura 2.50 Cauda Convencional (AirBus A340)
Cauda em T. Tambm largamente utilizada mais pesada que a convencional
devido necessidade de se reforar a empenagem vertical. Tem as vantagens de ter
leme direcional mais eficiente e de permitir a instalao de propulsores na sua parte
inferior. Por possuir um efeito semelhante ao do endplate na ponta da asa que a
empenagem vertical seja menor. Mesmo com a reduo do tamanho da deriva, esta
estrutura ainda mais pesada que a convencional.
Figura 2.51 Cauda em T (Embraer Legacy 650)
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Cauda Cruciforme. uma configurao intermediria entre as duas primeiras.
Como a Cauda em T tambm permite a instalao de propulsores na sua parte inferior
e evitam interferncias dos gases de exausto na empenagem horizontal. Tm a
vantagem de permitir um menor aumento de peso. No possui o mesmo efeito de
endplate que a anterior.
Figura 2.52 Cauda Cruciforme (Grumman P16 Tracker)
Cauda em V. Nesta configurao as superfcies das empenagens so combinadas
em apenas duas superfcies em forma de um V. A fuso entre as palavras rudder
(leme) e elevator (profundor) as empenagens dessa configurao so chamadas de
ruddervators. H reduo no arrasto da aeronave, porm exige um sistema de
comandos mais complexo.
Figura 2.53 Cauda em T (Arospatiale Fouga Magister)
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Cauda em Y. bastante parecida com a Cauda em V e tm o ngulo de diedro
reduzido. A terceira superfcie contm o Leme enquanto o V s possuem controle de
arfagem . Este arranjo evita a complexidade dos Ruddervators enquanto reduzem o
arrasto induzido em relao Convencional. Tambm j foram utilizados Y Invertidos
com a finalidade de tirar a superfcie horizontal do rastro das asas em altos ngulos de
ataque.
Figura 2.54 Cauda em Y (NASA Ikhana)
Figura 2.55 Cauda em Y Invertido (McDonell Douglas F-4 Phantom)
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Cauda em V Invertido. A Cauda em V Invertido evita o problema de Rolagem-
Glissagem negativa e ainda cria uma Rolagem- Glissagem positiva. O V invertido ainda
reduz tendncias de parafuso, porem cria dificuldades de pouso.
Figura 2.56 Cauda em V invertido (NASA Predator)
Cauda em H. Usada para posicionar as empenagens verticais em uma rea de
menor distrbio do fluxo de ar em altos ngulos de ataque ou para manter os lemes na
direo do fluxo em avies multimotores para aumentar o controle com motores
desligados. mais pesado que a convencional, mas tambm possui efeito de endplate,
permitindo uma menor rea da empenagem horizontal. Outra vantagem que o
tamanho da empenagem vertical dividido entre as duas derivas posicionadas nas
extremidades do estabilizador, reduzindo-se a altura da aeronave.
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Figura 2.57 Cauda em H (Fairchild A10 Thunderbolt)
Cauda Dupla. Podem manter os Lemes fora da linha de centro do avio, que
eventualmente poderiam estar anulados pela Asa ou pela Fuselagem frontal em altos
ngulos de ataque. Tambm so utilizadas para reduzir o peso em relao
Convencional. Apesar de reduzir a rea se mostram mais efetivas;
Figura 2.58 Cauda Dupla (Grumman F-14 TomCat)
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Cauda Tripla. Usada para diminuir o peso da cauda e para permitir que certos
avies caibam em hangares existentes;
Figura 2.59 Cauda Tripla (Lockheed Constellation)
A cauda bifurcada formada por duas lanas unidas pela empenagem horizontal.
Figura 2.60 Configurao Cauda Bifurcada (Lockheed P38- Lightning)
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Cauda em Anel. Inicialmente projetada para atender todas as contribuies das
outras Caudas com um aeroflio em forma de anel. Conceitualmente aprovada
mostrou-se ineficiente em condies prticas.
Figura 2.61 Cauda em Anel (Miller JM-2)
2.5.4. Ti
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